基因编辑新突破：CRISPR/Cas9技术解析

基因编辑新突破：CRISPR/Cas9技术解析

CRISPR-Cas9技术是近年来生物学领域的一项重大突破，它为精确编辑基因提供了一种高效、灵活的方法。本文将深入探讨CRISPR-Cas9的基本原理、编辑方法及其广泛应用，包括基础研究、医学治疗、农业改良等多个方面。通过了解这一革命性的基因编辑工具，我们可以更好地理解其在现代科学中的重要地位以及未来的发展潜力。

CRISPR-Cas9系统最初是在细菌中发现的一种免疫机制，用于抵御外来的病毒和质粒。CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）是一系列重复的DNA序列，它们之间由独特的间隔序列分隔。这些间隔序列是细菌在以前遭受病毒侵袭时获得的病毒DNA片段。Cas9（CRISPR-associated protein 9）是一种核酸酶，能够在特定的DNA序列上切割双链DNA。

在基因编辑中，研究人员设计了一个与目标DNA序列互补的单链RNA引导分子（sgRNA），将其与Cas9蛋白复合体一起导入目标细胞。sgRNA引导Cas9定位到目标DNA序列，并促使Cas9在该位置切割DNA双链。细胞修复切割产生的DNA断裂时，可以引入突变，从而实现基因的敲除、插入或替换。

2023年底，我们见证了基于CRISPR的药物首次获得批准：Casgevy，一种镰状细胞病的治疗方法细胞疾病（SCD）和输血依赖性β地中海贫血（TDT）。IGI自CRISPR临床试验开始以来就一直在追踪其进展，人们对这一里程碑的期待已经有一段时间了，但其速度仍然值得注意。

IGI创始人Jennifer Doudna表示：“在短短11年内，从实验室到获得批准的CRISPR疗法确实是一项了不起的成就。”“我特别高兴的是，第一个CRISPR疗法可以帮助镰状细胞病患者，这是一种长期被医疗机构忽视的疾病。这是医学和健康公平的胜利。”

随着一种基于CRISPR的疗法跨过终点线，我们正在进入临床开发的新阶段基因组编辑在医学上。IGI技术与总监费奥多尔·乌尔诺夫(FyodorUrnov)表示：“此时此刻，所有假设、‘可能’、‘可能’或‘原则上’这些词都消失了。”翻译。“CRISPR具有治疗作用。减少了两种疾病，还剩下5,000种疾病。”

该领域的热情仍然面临一些重大的现实障碍。总体而言，自我们上次更新和2023年春季以来，CRISPR医学格局发生了显着变化。市场力量减少了对生物技术的风险资本投资。投资者希望看到回报，这意味着公司高度关注临床试验并尽快将新产品推向市场以获得投资回报。再加上临床试验的高昂价格，财务压力导致许多专注于CRISPR的公司裁员，并将重点缩小到最先进的产品上，而不是开发新疗法的管道和扩大疾病领域。今年，我们只看到了一个新疾病领域的试验：自身免疫。

监管CRISPR疗法和支持临床试验（尤其是罕见疾病）的创新方法可能有助于扩大管道。我们将在本文的结尾进一步讨论这一点。首先，我们将介绍当前的临床试验。

血液疾病

镰状细胞病（SCD）和另一种影响红细胞中血红蛋白的遗传病，依赖于输血β地中海贫血（TDT），是基于CRISPR的治疗的首批目标之一。Casgevy的制造商CRISPRTherapeutics和Vertex以及许多其他团体都采用诱导方法表达胎儿血红蛋白（HbF）是一种通常仅在胎儿和非常年幼的婴儿中发现的血红蛋白。如果基因因为胎儿血红蛋白在成人中被“开启”，它可以完成SCD和TDT患者所缺失的健康成人血红蛋白的工作。

卡吉维的认可

16年2023月12日，英国药品和保健品监管机构批准Casgevy用于治疗8岁患者的SCD和TDT。美国食品和药物管理局（FDA）随后于2023年2024月XNUMX日批准了SCD。这是基于CRISPR的疗法的首次批准。Casgevy此后已在美国获得批准用于治疗TDT，在欧盟获得批准，并在巴林获得有条件批准。沙特FDA正在审查监管提交，计划于XNUMX年在加拿大提交。

这些批准是在针对患有严重SCD或TDT的成人和儿童进行的3期试验数据之后得出的。CRISPRTherapeutics和Vertex共享了17名SCD患者和27名TDT患者的数据：结果显着且持久。

25名TDT患者中有27人在治疗后不再依赖输血，有些持续时间超过三年。另外两名患者的输血频率显着减少（80%、96%）。16名SCD患者中有17名在治疗后没有出现血管闭塞危象，这是该疾病的特征。另一名患者没有因血管闭塞危机而住院。

在所有接受Casgevy治疗的患者中，胎儿血红蛋白在最初几个月内出现增加，并随着时间的推移而维持。即使不直接修复突变导致SCD或TDT的疾病，这种治疗似乎是SCD和TDT的功能性治愈。听听维多利亚·格雷的故事，一名患有SCD的参与者，自接受治疗以来恢复显着。

关于卡斯吉维的准入还有很多事情有待观察。第一个问题是技术获取：治疗方法的制造和交付具有挑战性。美国或国外很少有地方具备提供治疗的技术能力和专业知识。

第二组挑战是财务准入。Casgevy的定价约为每位患者2万美元。由于SCD或TDT患者的终生护理费用非常高，因此承保治疗可能是一个合理的策略，特别是在拥有单一付款人医疗保健系统的国家。在美国，激励结构可能更具挑战性。我们将密切关注保险和医疗补助覆盖范围在现实生活中的表现。

除了准入和定价问题外，还有风险考虑。进行CRISPR治疗之前所需的化疗对患者来说很困难，并且存在严重副作用的风险。提高安全性和患者体验以及降低成本正在推动下一代疗法的持续研究。

在SCD患者中，症状在胎儿血红蛋白（HbF）水平下降后开始出现，并且似乎可以通过将HbF重新“打开”来消除。

其他SCD和TDT试验

EditasMedicine还在对患有严重SCD和TDT的个体进行1/2期试验，但使用的是CRISPR系统Cas12a蛋白质而不是更有名的Cas9蛋白质。他们的方法与Casgevy类似，是创建打开HbF的编辑。这是第一次Cas12已用于临床试验。到目前为止，已有17名参与者接受了治疗。尚未报告严重不良事件，且疗效似乎与Casgevy一样强：所有SCD患者（11）的胎儿血红蛋白水平均显着增加，并且自接受治疗以来未出现血管闭塞事件（至少五个月）。6名TDT患者的血红蛋白也同样大幅增加，无需输血。已给予治疗孤儿药和RMATFDA指定。Editas计划在2024年夏季为美国和加拿大的更多参与者提供治疗，并分享更多数据。

2024年1月，BeamTherapeutics宣布，他们已在美国2/XNUMX期试验中对第一位参与者进行了给药。基地严重SCD的编辑治疗。光束正在使用基础编辑打开HbF。碱基编辑是CRISPR-Cas9技术的一个版本，可改变单个碱基的DNA字母，或核苷酸，无需创建双链DNA断裂，降低某些安全风险。Beam计划很快对另外两名参与者进行给药，并预计在2024年下半年分享数据。

UC联盟的一期试验是目前该领域唯一的非营利性试验，也是唯一旨在直接修复SCD突变的试验。由于制造方面的挑战，该项目已被推迟，但计划于1年初开始注册。

了解更多：

• FDA批准首个基因疗法治疗镰状细胞病患者
• FDA批准首个针对人类疾病的基因编辑疗法

改善SCD和TDT的CRISPR治疗

CRISPRTherapeutics和Beam都在寻求SCD和TDT体内编辑策略。目前，所有疗法都是体外疗法：将细胞从体内取出，在特殊实验室中进行编辑和质量控制，然后在患者接受强化化疗后放回体内。体内治疗意味着提供基因组-将药物直接编辑到患者体内，其中的细胞将被编辑。

IGIB的FyodorUrnov

两家公司还在研究通过用抗体将化疗靶向特定细胞来减轻化疗调理的负担，最终允许使用较低的剂量。虽然CRISPR疗法

尽管CRISPR/Cas9技术展现出巨大的应用潜力，但仍面临一些挑战：

1. 脱靶效应：Cas9蛋白可能在非目标位点切割DNA，导致意外的基因突变。这需要通过优化sgRNA设计和Cas9蛋白工程来降低风险。

2. 递送效率：如何将CRISPR/Cas9系统高效、安全地递送到目标细胞是一个重要挑战。目前主要采用病毒载体和非病毒递送方法，但都存在一定的局限性。

3. 成本问题：虽然CRISPR/Cas9相比传统基因编辑技术成本较低，但临床应用仍面临较高的经济门槛。例如，首个获批的CRISPR疗法Casgevy定价约为每位患者200万美元。

未来发展方向包括：

1. 技术优化：开发更精确的基因编辑工具，如碱基编辑器和引导编辑器，以减少脱靶效应。

2. 体内编辑：从体外编辑转向体内编辑，简化治疗流程，降低医疗成本。

3. 新应用场景：除了遗传疾病和癌症，CRISPR/Cas9技术在传染病、器官移植等领域也展现出广阔前景。

4. 伦理与监管：随着技术进步，需要建立完善的伦理框架和监管体系，确保基因编辑技术的安全、合理使用。

CRISPR/Cas9技术正在重塑医学格局，为许多难治性疾病提供了新的希望。虽然面临挑战，但其革命性的潜力不容忽视。随着研究的深入和技术的完善，我们有理由相信，这一技术将在未来医疗领域发挥更加重要的作用。